宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河(hé)系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

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除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别)辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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